Hard du Hard • Technologies de Mémoires — partie 2/3

La pram : l'ancêtre des mémoires résistives

Plutôt que de stocker l'information dans une cellule capacitive et de profiter, d'une façon ou d'une autre, de l'effet de champ, les RAM non volatiles vont se servir de la résistivité pour stocker l'information. On aura l'information codée sous la forme de deux états résistifs différents : un état très résistif et un état peu résistif. On appelle ces mémoires les RRAM (resistive RAM), ou mémoires résistives. Quand on voudra lire l'information, on polarisera la cellule mémoire : si la résistivité est forte, le courant qui passera sera faible, et inversement.

La PCRAM, ou PCM RAM, ou PRAM, ou mémoire à changement de phase est une technologie de mémoire résistive non volatile qui a une trentaine d'années. Comme son nom l'indique, elle stocke l'information dans le changement de phase physique d'un matériau chalcogénure, souvent un alliage de Germanium, d'Antimoine et de Tellure. Ce matériau a deux phases stables à température ambiante : une phase amorphe où les atomes ne sont pas organisés, résistive, et une phase cristalline organisée, peu résistive.

Les jeunes, ne faites pas d’études en génie des matériaux

Comment obtenir une phase cristalline ? Vous chauffez un matériau, puis vous le laissez chaud le temps de s'organiser. Le matériau ayant un état théorique stable et assez d'énergie pour que les atomes puissent bouger, ils vont aller se loger dans les ces états stables et reformer un cristal.

Donc si un matériau a une phase cristalline théorique, la vibration induite par la température permettra une stabilisation progressive des atomes du matériau à leur position d'équilibre. Pour la phase amorphe, vous chauffez le matériau très fort pour le désorganiser complètement, et vous le refroidissez tout de suite. Les atomes resteront dans l'état désorganisé, mais ne pourront pas bouger parce que la température basse ne permettra pas assez de mouvement atomique.

On reconnaît ici des principes de métallurgie (trempe, chauffe) plus souvent utilisés pour faire de grosses poutres en acier que des semi-conducteurs. Pour écrire la cellule mémoire, on va avoir besoin de chaleur. On va utiliser la chaleur dégagée par un heater, une bande de silicium ou de metal peu conducteur qui chauffera par effet joule. Si vous passez une impulsion de courant très élevée dans le heater, vous allez le faire chauffer très fort (courbe RESET), mais pas longtemps : vous amorphisez le GST au-dessus du heater, la résistance augmente. Si vous passez un courant plus faible, mais plus long, vous allez suivre la courbe SET. La zone au-dessus du heater sera cristallisée, la résistance chutera.

Le fonctionnement d’une cellule PCMRAM

Mais, comme vous pouvez voir, le heater est résistif et toute l'épaisseur du GST ne cristallise pas. La résistance de la cellule mémoire va donc osciller entre deux valeurs plutôt élevées. De plus, l'écriture de la cellule demande beaucoup de courant : la consommation électrique de cette cellule mémoire n'est pas terrible.